DE2048933C3

DE2048933C3 - Circuit arrangement for analog time integration

Info

Publication number: DE2048933C3
Application number: DE2048933A
Authority: DE
Inventors: Robert William Arlington Heights Ill. Sampson (V.St.A.)
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1969-10-06
Filing date: 1970-10-06
Publication date: 1975-02-06
Also published as: CA931267A; JPS4842515B1; DE2048933B2; US3593010A; DE2048933A1; GB1314868A; FR2064168B1; FR2064168A1

Description

Die Erfindung betrifft eine SchaltungsanordnungThe invention relates to a circuit arrangement

ίο zur analogen zeitlichen Integration einer Spannung, mit einem die zu integrierende Spannung entsprechend einer Meßgröße abgebenden Spannungsgeber, dessen Bezugspotential bei fehlender Meßgröße über ein Stellglied einstellbar ist, mit einem das Stellgliedίο for the analog time integration of a voltage, with a voltage transmitter emitting the voltage to be integrated according to a measured variable, the reference potential of which can be set via an actuator if the measured variable is missing, with the actuator

»5 betätigenden und über eine Verstarkeranordnung zur Einstellung des Bezugspotentials steuerbaren Servomotor, mit einem Spannungsintegrator, dem die zu integrierende Spannung zuführbar ist, mit einer auf das Bezugspotential festlegbaren Auswerteeinrich-»5 actuating and via an amplifier arrangement for Setting of the reference potential controllable servomotor, with a voltage integrator to which the to integrating voltage can be supplied, with an evaluation device that can be set to the reference potential

tung für ein vom Spannungsintegrator abgegebenes Ausgangssignal und mit einer der Verstärkeranordnung eine variable Spannung zuführenden, variablen Spannungsquelle.device for an output signal emitted by the voltage integrator and with one of the amplifier arrangement a variable voltage supplying variable voltage source.

Spannungsintegratoren haben den Nachteil, auchVoltage integrators have the disadvantage, too

dann eine Spannung aufzuintegrieren, wenn an ihrem Eingang keine Spannung anliegt. Dieses Verhalten wird als Drift bezeichnet und führt insbesondere bei langen Integrationszeiten als Langzeitdrift zu erheblichen Fehlern im Integrationsergebnis. Liegt die Drift des Spannungsintegrators z. B. bei 500 μ V pro Sekunde, so beträgt die Langzeitdrift bei einer Integrationsdauer von 5 Minuten etwa 150 μν. Wird der Spannungsintegrator z. B. in einem Chromatographieanalysator \ erwendet, so sind derartige Fehler nicht tragbar.then integrate a voltage when there is no voltage at its input. This behavior is referred to as drift and leads to considerable long-term drift, especially with long integration times Errors in the integration result. Is the drift of the voltage integrator z. B. at 500 μV per second, the long-term drift for an integration time of 5 minutes is about 150 μν. Will the Voltage integrator z. B. If used in a chromatography analyzer \, such errors are not portable.

Aus der I ISA.-Patentschrift 3 049908 ist ein driftkompensierter Spannungsintegrator in einem Chromatographieanalysator bekannt. D'esem Spannungsintegrator wird aus einem als Brücke ausgebildeten Spannungsgeber eine Spannung zur Integration zugeführt. Die Brücke dieses bekannten Chromatographieanalysators ist als selbstabgleichende Brücke ausgeführt, die mit Hilfe einer eine Diagonalspannung der Brücke aufnehmenden Verstärkeranordnung, eines Servomotors und eines Stellglieds in einem Brükken/weig die Diagonalspannung der Brücke vor Beginn der Integration auf Null abgleicht. Zur Driftkompensation liefert ein zerhackerstabilisierter Zusatzverstärker ein weitgehend driftfreies Bezugspotential für den Spannungsintegrator. Als Auswerteeinrichtung ist ein Schreiber vorgesehen, dessen Nullpunktschreibstellung auf das Bezugspotential festlegbar ist. Dieses Vorgehen kompensiert zwar die Drifl des Spannungsintegrators bei kurzen Integrationszei-From the I ISA. patent specification 3 049908 is a drift-compensated Voltage integrator known in a chromatography analyzer. D'esem voltage integrator is formed from a bridge Voltage transmitter supplied with a voltage for integration. The bridge of this well-known chromatography analyzer is designed as a self-balancing bridge that creates a diagonal voltage with the help of a the bridge receiving amplifier arrangement, a servo motor and an actuator in a bridge / weig adjusts the diagonal voltage of the bridge to zero before integration begins. To the A chopper-stabilized additional amplifier provides drift compensation with a largely drift-free reference potential for the voltage integrator. A recorder is provided as the evaluation device, its zero point writing position can be fixed to the reference potential. This approach compensates for the drift of the voltage integrator with short integration times

ten, ist jedoch zur Kompensation der Langzeitdrift aul Grund unvermeidlicher, wenn auch geringfügige!ten, but is aul to compensate for the long-term drift Reason inevitable, albeit a minor one!

Schwankungen des Bezugspotentials nicht geeignet Ein weiterer Chromatographieanalysator ist aus deiFluctuations in the reference potential not suitable. Another chromatography analyzer is out of

USA.-Patentschrift 2965 300 bekannt. Zur VerbesU.S. Patent 2965,300 known. To verbs

^ft° serung der Meßgenauigkeit wird hier zum Abgleicl einer Meßbrückenschaltung ein von einem zerhacker stabilisierten Verstärker betriebener Servokreis ver wendet. Langzeitdriftfehler können hierdurch jedocl nicht ausgeglichen werden. ^ft ° provement of measurement accuracy becomes Abgleicl a measuring bridge circuit, a chopper stabilized amplifier powered by a servo circuit uses ver here. However, long-term drift errors cannot be compensated for by this.

Aus »Elektronische Rechenanlage I« 1959, Heft 4 Seiten 186 bis 190, ist nun weiterhin bekannt, an dei Eingang des Spannungsintegrators eine die Driftspan nung am Ausgang ausgleichende Spannung anzuleFrom "Electronic Computing System I" 1959, No. 4, pages 186 to 190, it is now also known to apply a voltage to the input of the voltage integrator that compensates for the drift voltage at the output

gen. Diese Spannung muß während der Integrationsdauer am Eingang des Spannungsintegrators anliegen und führt auf Grund unvermeidlicher Schwankungen wiederum zu Verfälschungen des Ergebnisses.gen. This voltage must be present at the input of the voltage integrator during the integration period and, due to unavoidable fluctuations, leads in turn to falsifications of the result.

Die Erfindung hat nun die Auigabe, die Driftspannung des eingangs näher erläuterten Spannungsintegrators möglichst exakt zu kompensieren, ohne während der Integrationsdauer eine externe Spannungsquelle an seinen Eingang anschließen zu müssen. The invention now has the task of drift voltage of the voltage integrator explained in more detail at the beginning to compensate as exactly as possible without during to have to connect an external voltage source to its input during the integration period.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die variable Spannung der variablen Spannungsquelle auf die Driftspannung des Spannungsintegrators einstellbar ist, daß der Servomotor das Stellglied so einstellt, daß eine sich ergebende Vorspannung entgegengesetzt gleich der Driftspannung ist und daß die variable Spannungsquelle beim Integrieren abschaltbar ist.The invention solves this problem in that the variable voltage of the variable voltage source the drift voltage of the voltage integrator can be adjusted so that the servomotor adjusts the actuator so that a resulting bias voltage is opposite equal to the drift voltage and that the variable The voltage source can be switched off when integrating.

Der Spannungsgeber wird damit zusätzlich zur Kompensation der Driftspannung herangezogen. Die über die Verstärkeranordnung und den Servomotor eingestellte Vorspannung bleibt auch nach Abschalten der variablen Spannungsquelle bestehen. Zusätzliche Fehlerquellen auf Grund unzureichend stabilisierter externer Spannungsquellen werden vermieden. Da die Verstärkeranordnung und der Servomotor zum Einstellen des Spannungsgebers sowohl auf das Bezugspotential als auch auf die Vorspannung verwendet werden, heben sich Einstellfehler weitgehend auf. Die Erfindung eignet sich deshalb vorteilhaft zur Kompensation der Langzeitdrift.The voltage generator is therefore also used to compensate for the drift voltage. the The bias voltage set via the amplifier arrangement and the servomotor remains even after switching off the variable voltage source exist. Additional sources of error due to insufficiently stabilized external voltage sources are avoided. As the amplifier arrangement and the servo motor for adjustment of the voltage generator is used both on the reference potential and on the bias voltage setting errors largely cancel each other out. The invention is therefore advantageously suitable for compensation the long-term drift.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigtIn the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings, namely shows

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, undFigure 1 is a schematic diagram of a preferred Embodiment of the invention, and

Fig. 2 eine Vorrichtung zur quantitativen Messung der Komponenten einer Flüssigkeitsströmung unter Verwendung e^;ner Modifikation des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.2 shows an apparatus for the quantitative measurement of the components of a liquid flow using e ^; ner modification of the embodiment according to FIG. 1.

In Fig. 1 ist eine analoge Integrationsvorrichtung zur Integration eines Signals über der Zeit gezeigt. Diese Vorrichtung weist einige wichtige Komponenten auf. Diese sind: Ein Spannungsgeber 56, ein Spannungsintegrator 12, eine variable, auf die Driftspannung einstellbare Spannungsquelle 13, eine Verstärkeranordnung 50, ein Spannungseinstellservomotor 51 und ein Servomotor 23. Der Spannungsgeber 56 ist von der Art einer Wheatstone-Brücke mit einem zweiten und einem ersten Zweig und wird für die Erzeugung der zu integrierenden Spannung verwendet. Zweite und erste Anschlüsse 2 bzw. 1 des Spannungsgebers 56 sind vermittels eines Widerstandes 3 miteinander verbunden. Die Anschlüsse 1 und 2 sind in dem zweiten bzw. ersten Zweig angeordnet und teilen jeden Zweig in Abschnitte. Ein Abschnitt des zweiten Zweiges weist einen variablen Widerstand 34 und den benachbarten Teil eines Widerstandes 27 auf. In ähnlicher Weise weist der benachbarte Abschnitt des ersten Zweiges der Spannungsgeber 56 einen variablen Widerstand 33 und den benachbarten Teil eines Widerstandes 32 auf. Eine Leitung 62 ist zwischen diesen zwei benachbarten Abschnitten an den Spannungsgeber 56 angeschlossen und ist mit einer Energiequelle 35 verbunden. Der andere Abschnitt des zweiten Zweiges des Spannungsgebers 56 weist den restlichen Teil des Widerstandes 27, einen festen Widerstand 29 und den benachbarten Teil eines Widerstandes 30 auf. Der andere Abschnitt des ersten Zweiges des Spannungsgebers 56 weist die restlichen Teile der Wi-Jerstände 30 und 32 in Serie mit einem Festwiderstand 31 auf. Diese letzteren Abschnitte sind einande benachbart und über eine dazwischen angeschlossen Leitung 63 mit der Energiequelle 35 verbunden.
Der Spannungsintegrator 12 weist einen Wider1 shows an analog integration device for integrating a signal over time. This device has several important components. These are: a voltage generator 56, a voltage integrator 12, a variable voltage source 13 adjustable to the drift voltage, an amplifier arrangement 50, a voltage setting servo motor 51 and a servo motor 23. The voltage generator 56 is of the type of a Wheatstone bridge with a second and a first one Branch and is used to generate the voltage to be integrated. Second and first connections 2 and 1 of voltage generator 56 are connected to one another by means of a resistor 3. The connections 1 and 2 are arranged in the second and first branches respectively and divide each branch into sections. A section of the second branch has a variable resistor 34 and the adjacent part of a resistor 27. Similarly, the adjacent portion of the first branch of voltage generators 56 has a variable resistor 33 and the adjacent portion of a resistor 32. A line 62 is connected to the voltage generator 56 between these two adjacent sections and is connected to an energy source 35. The other section of the second branch of the voltage generator 56 has the remaining part of the resistor 27, a fixed resistor 29 and the adjacent part of a resistor 30. The other section of the first branch of the voltage generator 56 has the remaining parts of the resistor 30 and 32 in series with a fixed resistor 31. These latter sections are adjacent to one another and are connected to the energy source 35 via a line 63 connected therebetween.
The voltage integrator 12 has a counter

stand 5 auf, der von einem Rechenverstärker 4 gefolg ist, sowie einen parallel dazu geschalteten Kondensator 6. Ein zur Masse führender Schalter 8 ist mit derr Widerstand 5 verbunden, um den Rechenverstärker 4 und den Kondensator 6 zu überbrücken. Der Spannungsintegrator 12 ist mit den Anschlüssen 1 und 2 verbunden und weist eine Ausgangsleitung 70 auf. Wie aus Fi g. 1 ersichtlich, ist diese über einen Widerstand 17, eine Leitung 52 mit einem Kontakt 10 eines Dreiwegeschalters 9 verbunden. In dem Spannungs-stood up 5, which is followed by an arithmetic amplifier 4, and a capacitor 6 connected in parallel to it. A switch 8 leading to ground is connected to the resistor 5 in order to bypass the arithmetic amplifier 4 and the capacitor 6. The voltage integrator 12 is connected to the connections 1 and 2 and has an output line 70. As shown in Fig. 1, it is connected to a contact 10 of a three-way switch 9 via a resistor 17, a line 52. In the tension

!5 integrator 12 fließt ein Strom durch den Rechenverstärker 4, bzw. wird ein Strom durch den Kondensator 6 rückgeführt, wenn ein elektrisches Potential an den Anschlüssen 1 und 2 anliegt. Die Spannung K_n ist die Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangslei-! 5 integrator 12, a current flows through the computing amplifier 4, or a current is fed back through the capacitor 6 when an electrical potential is applied to the connections 1 and 2. The voltage K _n is the voltage difference between the output line

tung 70 und dem ersten Anschluß 1. Solange der Schalter 8 offen ist, wird die Spannung K₁, immer dann abnehmen, wenn eine positive Spannung zwischen dem zweiten Anschluß 2 und dem ersten Anschluß 1 anliegt Umgekehrt wird die Spannung K₀ immer danndevice 70 and the first terminal 1. As long as the switch 8 is open, the voltage K ₁ will decrease whenever a positive voltage is applied between the second terminal 2 and the first terminal 1. The voltage K _{0 is} always reversed

ansteigen, wenn eine negative Spannung zwischen dem zweiten Abschluß 2 und dem ersten Anschluß 1 besteht. K₁₁ bleibt konstant, wenn K₁, d.h. die vom Spannungsgeber 56 abgegebene Spannung, gleich 0 ist. Das Ergebnis ist, daß K₁₁ die additive Spannung im Hinblick auf die Zeit darstellt, die zwischen den Anschlüssen 1 und 2 besteht. Das heißt, K„ ist das Integral von K₁ im Hinblick auf die mit einer Konstanten multiplizierte Zeit. K₁₁ wird kontinuierlich als Integral von K₁ gebildet, bis der Spannungsintegrator 12 vermittels des Schalters 8 zurückgestellt wird. Wenn der Spannungsintegrator 12 integriert, ist der Schalter 8 offen. Soll die Spannung K_n auf 0 zurückgesetzt werden, so wird der Schalter 8 geschlossen, der Kondensator 6 wird zur Masse hin entladen und K₁₁ sinkt auf 0 ab.increase when there is a negative voltage between the second terminal 2 and the first terminal 1. K ₁₁ remains constant when K ₁ , that is to say the voltage output by voltage generator 56, is equal to zero. The result is that K _{11 represents} the additive voltage with respect to the time that exists between terminals 1 and 2. That is, K "is the integral of K ₁ with respect to time multiplied by a constant. K ₁₁ is formed continuously as an integral of K ₁ until the voltage integrator 12 is reset by means of the switch 8. When the voltage integrator 12 integrates, the switch 8 is open. If the voltage K _{n is} to be reset to 0, the switch 8 is closed, the capacitor 6 is discharged to ground and K ₁₁ drops to 0.

Die variable Spannungsquelle 13 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Drift des Spannungsintegrators 12 ausgleicht. Die variable Spannungsquelle 13 weist eine Batterie 14 in Serie zu Widerständen 16 und 15 auf Der Widerstand 15 ist variabel; an ihm fällt eine variable Spannung als Kompensationsspannung K, ab, die an eine erste Kompensationsspannungsleitung 64 abgegeben wird. Die Kompensationsspannung V_r. die auf das System angewendet wird, kann variiert werden, und die variable Spannungsquelle 13 ist dadurch einstellbar.The variable voltage source 13 generates an electrical signal that compensates for the drift of the voltage integrator 12. The variable voltage source 13 has a battery 14 in series with resistors 16 and 15. The resistor 15 is variable; A variable voltage drops across it as compensation voltage K i, which is output to a first compensation voltage line 64. The compensation voltage V _r . which is applied to the system can be varied and the variable voltage source 13 is thereby adjustable.

Die erste Kompensationsspannungsleitung 64 der variablen Spannungsquelle 13 ist mit dem zweiten Anschluß 2 verbunden. Eine zweite Kompensations-Spannungsleitung 65 ist mit einem Kontakt 11 des Dreiwegeschalters 9 verbunden.The first compensation voltage line 64 of the variable voltage source 13 is connected to the second Connection 2 connected. A second compensation voltage line 65 is connected to a contact 11 of the Three-way switch 9 connected.

Die Verstärkeranordnung 50 weist einen Ausgangsverstärker 53 mit einer Steuersignalleitung 54, die bei einem Zweiwegeschalter 26 endet, und eine weitere variable Spannungsquelle 20 auf, die in Reihe mit dem Ausgangsverstärker 53 zwischen dem Dreiwegeschalter 9 und dem ersten Anschluß 1 liegt. Man erkennt, daß der Dreiwegeschalter 9 über den Kontakt 11 mit der zweiten Kompensationsspannungsleitung 65 der variablen Spannungsquelle 13 oder über einen Kontakt 60 und eine Leitung 59 mit dem ersten Anschluß 1 oder über den Kontakt 10 mit der Ausgangsleitung 70 verbindbar ist. Es ist iedoch stets nurThe amplifier arrangement 50 has an output amplifier 53 with a control signal line 54, which ends at a two-way switch 26, and another variable voltage source 20 that is in series with the output amplifier 53 between the three-way switch 9 and the first connection 1 is located. Man recognizes that the three-way switch 9 via the contact 11 with the second compensation voltage line 65 of the variable voltage source 13 or via a contact 60 and a line 59 to the first Terminal 1 or via the contact 10 can be connected to the output line 70. However, it is always only

einer dieser Kontakte zur selben Zeit geschlossen.one of these contacts closed at the same time.

Der Spannungseinstellservomotor 51 ist mit dem Zweiwegeschalter 26 verbindbar und mit dem ersten Anschluß 1 verbunden. Der Spannungseinstellservomotor 51 ist mit der weiteren variablen Spannungsquelle 20 gekuppelt und ändert diese, bis das Eingangssignal des Ausgangsverstärkers 53 Null ist. Das Eingangssignaides Ausgangsverstärkers 53 wird nur 0 sein, wenn die äußere Spannung der Verstärkeranordnung 50 exakt durch die weitere variable Spannungsquelle 20 ausgeglichen ist. Der Spannungseinstellservomotor 51 variiert die von der weiteren variablen Spannungsquelle 20 abgegebene Spannung, bis das Eingangssignal der Verstärkeranordnung 50 immer 0 ist, wenn die Verstärkeranordnung 50 an den ersten Anschluß 1 und vermittels des Dreiwegeschalters 9 und des Kontaktes 10 an die Leitung 52 angeschlossen ist. Die mechanische Tätigkeit des Spannungseinstellservomotors 51 setzt einen Schreibstift 80 über einem Papier in Stellung, das mit konstanter Geschwindigkeit durch einen Schreiber 81 geführt wird. Der Schreibtest 80 schreibt das Integral der vom Spannungsgeber 56 abgegebenen Spannung über der Zeit.The tension adjusting servomotor 51 is connectable to the two-way switch 26 and to the first Port 1 connected. The voltage setting servo motor 51 is coupled to the further variable voltage source 20 and changes it until the input signal of the output amplifier 53 is zero. The input signal of the output amplifier 53 becomes 0 only be when the external voltage of the amplifier arrangement 50 exactly through the further variable voltage source 20 is balanced. The tension adjusting servomotor 51 varies that of the other variable voltage source 20 output voltage until the input signal of the amplifier arrangement 50 is always 0 when the amplifier arrangement 50 is connected to the first terminal 1 and by means of the three-way switch 9 and the contact 10 is connected to the line 52. The mechanical action of the tension adjustment servomotor 51 places a pen 80 over a piece of paper that is constant Speed is guided by a recorder 81. The writing test 80 writes the integral of the Voltage generator 56 output voltage over time.

Der Servomotor 23 ist mit dem ersten Anschluß 1 verbunden und mit einem Kontakt 24 des Zweiwegeschalters 26 verbindbar. Der Servomotor 23 ist mit dem Signalgeber 56 gekuppelt. Der Spannungsgeber 56 ist dadurch einstellbar und die Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Anschluß 2 und dem ersten Anschluß 1 anderbar. Die vom Spannungsgeber 56 abgegebene Spannung wird so geändert, daß sie gleich, in der Polarität jedoch entgegengeset7t zur Kompensationsspannung V₁ der variablen Spannungsquelle 13 ist.The servomotor 23 is connected to the first connection 1 and can be connected to a contact 24 of the two-way switch 26. The servomotor 23 is coupled to the signal generator 56. The voltage generator 56 is thereby adjustable and the voltage difference between the second connection 2 and the first connection 1 can be changed. The voltage emitted by the voltage generator 56 is changed in such a way that it is the same as, but opposite in polarity, to the compensation voltage V _{1 of} the variable voltage source 13.

Im folgenden soll die Betriebsweise der analogen Integrationsvorrichtung nach Fig. 1 vom Beginn bis zum vollständigen Ende eines einzelnen Zyklus des Betriebes erläutert werden. Die Spannung zwischen Anschluß 2 und Anschluß 1 verändert sich langsam über eine Zeitperiode, so daß jeder fließende Strom als Gleichstrom angesehen werden kann oder ein Strom sehr niedriger Frequenz ist. Die Eingangsspannung ist in Fi g. 1 als V_s angezeigt. Der Widerstand 3 ist mit den Anschlüssen 1 und 2 verbunden und liegt parallel zum ebenfalls an die Anschlüsse 1 und 2 angeschlossenen Spannungsintegrator 12. Der Spannungsintegrator 12 integriert die Spannung zwischen den Anschlüssen 2 und 1 über der Zeit. Das Ergebnis wird als analoges Spannungssignal auf der Ausgangsleitung 70 und der Leitung 52 beim Kontakt 10 abgegeben. In the following, the mode of operation of the analog integration device according to FIG. 1 will be explained from the beginning to the complete end of a single cycle of operation. The voltage between terminal 2 and terminal 1 changes slowly over a period of time, so that any current flowing can be regarded as direct current or a current of very low frequency. The input voltage is in Fi g. 1 displayed as V _s. The resistor 3 is connected to the connections 1 and 2 and is parallel to the voltage integrator 12, which is also connected to the connections 1 and 2. The voltage integrator 12 integrates the voltage between the connections 2 and 1 over time. The result is output as an analog voltage signal on output line 70 and line 52 at contact 10.

Ohne diese Erfindung würde die Brücke des Spannungsgebers 56 normalerweise zu Beginn eines Integrationszyklus abgeglichen sein. Dies würde bedeuten, daß kein Stromfluß oder kein Spannungspotential zwischen dem zweiten Anschluß 2 und dem ersten Anschluß 1 vorhanden ist. Das heißt, V₅ würde normalerweise 0 sein. Gemäß dieser Erfindung ist die Brücke jedoch anfänglich so vorgespannt, daß V_s anfanglich nicht gleich 0 ist.Without this invention, the voltage generator 56 bridge would normally be balanced at the beginning of an integration cycle. This would mean that there is no current flow or no voltage potential between the second connection 2 and the first connection 1. That is, V ₅ would normally be 0. In accordance with this invention, however, the bridge is initially biased so that V _s does not initially equal zero.

Beim Beginneines Integrationszyklus gemäß dieser Erfindung ist der Schalter 8 geschlossen und die Brücke des Spannungsgebers 56 ist, zur Kompensation der Drift des Spannungsintegrators 12, um eine Vorspannung vorgespannt. Die Brücke des Spannungsgebers 56 wird anfänglich durch Schließen des Dreiwegeschalters 9 gegen den Kontakt 60 und des Zweiwegeschalters 26 gegen einen Kontakt 67 abgeglichen. Dies bewirkt einen geschlossenen Kreis in der Verstärkeranordnung 50 durch den Ausgangsverstärker 53, die Leitung 61, den Dreiwegeschalter 9, den Kontakt 60 und die Leitungen 58 und 59. Das von der weiteren variablen Spannungsquelle 20 erzeugte Spannungseingangssignal des Ausgangsverstärkrs 53 führt zu einer Ausgangsspannung auf der Steuersignalleitung 54. Diese Spannung auf der Steuersignalleitung 54 betätigt den Spannungseinstellservomotor 51 und treibt die weitere variable Spannungsquelle 20 zu 0, da die gebildete Eingangsschaltung einen Kurzschluß darstellt. Der Spannungseinstellservomotor 51 treibt auch den Schreibstift 80 des Schreibers 81 zu einer ((-Aufzeichnung. Nachdem die Spannung der weiteren variablen Spannungsquelle 20 Null erreicht hat, wird der Zweiwegeschalter 26 zum Kontakt 24 des Servomotors 23 gewechselt. Dies verbindet den Servomotor 23 mit der Verstärkeranordnung 50. DaAt the beginning of an integration cycle according to this invention switch 8 is closed and the Bridge of the voltage generator 56 is, to compensate for the drift of the voltage integrator 12, by one Preload preloaded. The bridge of the voltage generator 56 is initially closed by closing the Three-way switch 9 is balanced against contact 60 and the two-way switch 26 against a contact 67. This creates a closed loop in the amplifier arrangement 50 through the output amplifier 53, the line 61, the three-way switch 9, the contact 60 and the lines 58 and 59. That of The voltage input signal of the output amplifier 53 generated by the further variable voltage source 20 leads to an output voltage on the control signal line 54. This voltage on the control signal line 54 operates the voltage adjusting servo motor 51 and drives the further variable voltage source 20 to 0, since the input circuit formed represents a short circuit. The tension adjustment servo motor 51 also drives pen 80 of pen 81 to make a ((record. After the voltage of the further variable voltage source 20 has reached zero, the two-way switch 26 becomes a contact 24 of the servo motor 23 changed. This connects the servo motor 23 to the amplifier arrangement 50. Da

dort die Steuersignalleitung 54 ein Signal für eine 0-Aufzeichnung führt, ändert der Servomotor 23 die Position eines Kontaktes 68 auf dem Widerstand 27 der Brücke des Spannungsgebers 56, gleicht dadurch die Brücke ab und bringt die Spannung V_s auf einenthere the control signal line 54 carries a signal for a 0 recording, the servomotor 23 changes the position of a contact 68 on the resistor 27 of the bridge of the voltage generator 56, thereby balancing the bridge and bringing the voltage V _s to one

Wert 0. Der Dreiwegeschalter 9 wird dann auf den Kontakt 11 geschaltet und die variable Spannungsquelle 13 hierdurch mit der Verstärkeranordnung 50 verbunden. Da die Kompensationsspannung V₁ auf die Verstärkeranordnung 50 wirkt, liegt ein Span-Value 0. The three-way switch 9 is then switched to the contact 11 and the variable voltage source 13 is thereby connected to the amplifier arrangement 50. Since the compensation voltage V ₁ acts on the amplifier arrangement 50, there is a voltage

nungseingangssignal am Ausgangsverstärker 53 an. Über die Steuersignalleitung 54 wird der Servomotor 23 betätigt und die Position des Kontaktes 68 entlang dem Widerstand 27 so eingestellt, daß die Brücke des Spannungsgebers 56 nicht länger abgeglichen ist. son-voltage input signal at the output amplifier 53. The servomotor is controlled via the control signal line 54 23 actuated and the position of the contact 68 along the resistor 27 adjusted so that the bridge of the Voltage generator 56 is no longer balanced. but-

dern bereits ursprünglich eine Spannung V₁ abgibt, die in der Größe der Kompensationsspannung K₁ gleich ist. Der Servomotor 23 arbeitet derartig, daß die Polarität der Spannung K, entgegengesetzt der Polarität der normalen Spannung des Spannungsge-which already originally emits a voltage V ₁ which is equal in size to the compensation _{voltage K 1.} The servo motor 23 works in such a way that the polarity of the voltage K, opposite to the polarity of the normal voltage of the voltage

bers 56 ist, die über den Anschlüssen 1 und 2 während der Tätigkeit dieser analogen Integrationsvorrichtung auftritt.bers 56 is over the terminals 1 and 2 during the operation of this analog integration device occurs.

V₁ kann durch die Bewegung eines mit der ersten Kompensationsspannungsleitung 64 verbundenen Kontaktes 69 entlang dem Widerstand 15 so eingestellt werden, daß V_f exakt gleich der Driftspannung ist, die im Spannungsintegrator 12 auftritt. Die Spannung V₁ weicht dann vom Wert, den sie sonst annehmen würde, um den Wert V_t ab, der gleich der im Spannungsintegrator 12 auftretenden Driftspannung ist. V ₁ can be adjusted by moving a contact 69 connected to the first compensation voltage line 64 along the resistor 15 so that V _{f is} exactly equal to the drift voltage which occurs in the voltage integrator 12. The voltage V ₁ then deviates from the value that it would otherwise assume by the value V _t , which is equal to the drift voltage occurring in the voltage integrator 12.

Nach Einführen der Vorspannung in V_s wird dei Zweiwegeschalter 26 gegen den Kontakt 67 geschlossen, der Dreiwegeschalter 9 wird gegen den Kontakt 10 geschlossen und der Schalter 8 wird geöffnet. Die Ausgangsleitung 70 des Spannungsintegrators 12 wird dadurch an die Verstärkeranordnung 50 angeschlossen, wodurch das Integral der Spannung V₅ vom Schreiber 81 aufgezeichnet wird. Die Schalter 26, S und 8 können mechanische Schalter oder Relais sein, die automatisch oder von Hand betätigt werden. Zum Rückstellen des Rechenverstärkers 4 im Spannungsintegrator 12 kann der Schalter 8 geschlossen werden. Wenn der Schalter 8 geschlossen wird, fällt die Verstärkerausgangsspannung V₀ aufO ab. Der Spannungsintegrator 12 kann zu jeder Zeit zurückgesetzi werden, aber gewöhnlich erfolgt dies, während die Brücke des Spannungsgebers 56, wie oben beschrie-After introducing the bias voltage in V _s , the two-way switch 26 is closed against the contact 67, the three-way switch 9 is closed against the contact 10 and the switch 8 is opened. The output line 70 of the voltage integrator 12 is thereby connected to the amplifier arrangement 50, as a result of which the integral of the voltage V _{5 is recorded} by the recorder 81. The switches 26, S and 8 can be mechanical switches or relays that are operated automatically or manually. To reset the computing amplifier 4 in the voltage integrator 12, the switch 8 can be closed. When the switch 8 is closed, the amplifier output voltage V ₀ drops to 0. The voltage integrator 12 can be reset at any time, but usually this is done while the bridge of the voltage generator 56, as described above.

ben, abgeglichen und vorgespannt wird.ben, calibrated and preloaded.

Die Schalter 8, 9 und 26 können von einem programmierten Zeitschalter oder Taktgeber, wie z.B. einem Zeitschalter 37 in Fig. 2, betätigt werden. Die Vorrichtung der Fig. 2 zeigt eine spezielle Anwendung dieser Erfindung bei der quantitativen Messung des Gehaltes an Komponenten einer Strömung durch zeitliches Integrieren einer von einer elektrischen Brücke abgegebenen Signalspannung, wobei die Signalspannung von der vorhandenen Menge, jeder Komponente der Strömung abhängt. Derartige Vorrichtungen sind als Chromatographieranalysatoren, z.B. als Siedepunktsüberwachungseinrichtung, bekanntgeworden. Auf dem Schreiber wird für jeden Zyklus der Überwachungseinrichtung eine Destillationskurve dargestellt. Die Überwachungseinrichtung wird für die Prüfung eines fließenden Kohlenwasserstoffstromes in einer Fraktionierkolonne bei der Raffinierung von Petroleumprodukten verwendet. Die Ausführungsform nach Fig. 2 weist eine Brücke 56 auf, die der Brücke des Signalgebers 56 in Fig. 1 in Ausbildung und Tätigkeit sehr ähnelt. Alle anderen wesentlichen Komponenten der Ausführungsform der Fig 2 sind die gleichen wie die bei der Ausführungsform der Fig. 1. Die Brücke 56' zeigt Änderungen in der thermischen Leitfähigkeit eines über einen Widerstand 34' geführten Gasstromes an. der zusammen mit einem Teil des Widerstandes 27 den Teil eines Abschnittes der Brücke 56' bildet. Diese Änderung in der thermischen Leitfähigkeit ist eine direkte An- ;eige einer Änderung des quantitativen Gehaltes der verschiedenen Komponenten einer aus einer I etroleumfraktionierkolonne entnommenen Kohlenwasserstoffprobe. . .The switches 8, 9 and 26 can be programmed by a Timers or clocks, such as a timer 37 in Fig. 2, can be actuated. the The device of Fig. 2 shows a special application of this invention in the quantitative measurement of the content of components of a flow through Time integration of a signal voltage emitted by an electrical bridge, the signal voltage depends on the amount present, each component of the flow. Such devices have become known as chromatography analyzers, e.g. as boiling point monitoring devices. A distillation curve is drawn on the recorder for each cycle of the monitoring device shown. The monitoring device is used for testing a flowing hydrocarbon stream used in a fractionation column in the refining of petroleum products. the The embodiment according to FIG. 2 has a bridge 56 which corresponds to the bridge of the signal transmitter 56 in FIG. 1 in Education and activity are very similar. All other essential components of the embodiment of the Figs. 2 are the same as those in the embodiment of Fig. 1. The bridge 56 'shows changes in the thermal conductivity of a gas flow passed through a resistor 34 '. the together with a part of the resistor 27 forms part of a portion of the bridge 56 '. This change in the thermal conductivity is a direct indication of a change in the quantitative content of the various components of an petroleum fractionation column taken hydrocarbon sample. . .

In Fig. 2 ist eine Chromatographiersaule 46 bekanntcr Art gezeigt, z. B. eine Gas-Flüssigkeits-Uiromatographiersäule oder eine Verteilungssaule Uie Chromatographiersaule 46 weist eine Verteilungsflussigkeit auf. die wahlweise den Durchgang der Komponenten einer Probe aus dem fließenden Konlenwassersloffstrom verlangsamt. Die Verteilungsflussigkeit w.rd auf einem festen Untergrund mit großer Oberflache, wie /. B. Schamottsteinpulver, getragen. Ein Probeninjektionsventil 47 ist mit dtr Chromatographiersaule 46 verbunden, undein iragergase.nlaßrohr48und ein Probeneinlaßrohr 49 iaufen nach oben, um mit dem Probemnjeküonsventil 47 zusammenzutreffen. Letzteres weist einen pertonerten Block 84 auf, der zurück und nach vorn innerhalb e.nes Hohlraumes 85 bewegt wird und1 fur die Aufnahme einer z.B. vom Probeneinlaß 49 eingeführten Kohlenwasserstoffprobe reproduzierbaren Maßes geeignet ist. Der Block 84 wu_d »ruck und nach vorn innerhalb des Hohlraumes 85 bewegt'ο bald Luftdruck auf das eine oder das andere Ende des Blockes 84 einwirken kann. Der I^T^TJ™ den gegenüberliegenden Enden des tionsventils 47 über ein durch den Zeitgeber tigtes Injektionssolenoid 83 zugeführt. Normalerwlise fließt der Kohlenwasserstoffstrom von dem Probeneinlaßrohr 49 durch das Proben.njekt.onsven til 47 und nach außen durch ein Auslaßroh ■ 44_z.u Beginn jedes Probenzyklus schließt Jedoch das Pro beninjektionsventil 47 eine Kohlenwasserstoffprobe aus dim Einlaßrohr 49 ein und gibt die Prcban de Chromatographiersaule 46 ab. Die Probe wirdin diese Chromatoiraphiersäule 46 vermittels Tragergas überführt, das in das Probeninjektionsventil 47 durch das Trägergaseinlaßrohr 48 eintritt. Das Trägergas, z. B. Helium, wird hierbei in das Trägergaseinlaßrohr 48 eingeführt und strömt durch das Trägergaseinlaßrohr 48 und in ein sich vom Rohr 48 abzweigendes Rohr 45. Ein Nadelventil 71 reguliert die Strömung des Trägergases durch das Rohr 45, und ein Flußsteuerventil 86 reguliert die Strömung durch das Trägergaseinlaßrohr 48.In Fig. 2, a known type of chromatography column 46 is shown, e.g. B. a gas-liquid chromatography column or a distribution column Uie chromatography column 46 has a distribution fluid. which optionally slows the passage of the components of a sample from the flowing Konlenwassersloffstrom. The distribution liquid w.rd on a solid surface with a large surface, such as /. B. Fireclay powder worn. A sample injection valve 47 is connected to the chromatography column 46, and a gas inlet tube 48 and a sample inlet tube 49 run up to meet the sample injection valve 47. The latter has a pertonerten block 84 which is moved back and forth within e.nes cavity 85 and 1 for taking a sample, for example, from the inlet 49 introduced hydrocarbon sample reproducible measure is suitable. The block 84 is pushed and moved forward within the cavity 85, so air pressure can soon act on one or the other end of the block 84. The I ^ T ^ TJ ™ is fed to the opposite ends of the valve 47 via an injection solenoid 83 controlled by the timer. Normally the hydrocarbon stream flows from the sample inlet tube 49 through the sample injector valve 47 and out through an outlet tube 44 at the beginning of each sample cycle away. The sample is transferred into this chromatography column 46 by means of carrier gas entering the sample injection valve 47 through the carrier gas inlet tube 48. The carrier gas, e.g. B. helium, is here introduced into the carrier gas inlet tube 48 and flows through the carrier gas inlet tube 48 and into a pipe 45 branching off from the pipe 48. A needle valve 71 regulates the flow of the carrier gas through the pipe 45, and a flow control valve 86 regulates the flow through it Carrier gas inlet tube 48.

Vom Trägergaseinlaßrohr 48 läuft das Trägergas ίο durch das Probeninjektionsventil 47 in die Chromatographiersaule 46, dann in einen Hohlraum 40 in einem temperaturgesteuerten Detektorblock 38 und durch eine Auslaßleitung 41 heraus. Zur selben Zeit wird ein fließender Kohlenwasserstoffstrom unbekannter quantitativer Zusammensetzung in das Einlaßrohr 49 und durch ein Auslaßrohr 44 herausgeführt, und zwar durch einen direkten Kanal in dem Probeninjektionsventil 47. Die qualitative Zusammensetzung des Kohlenwasserstoffstromes im Einlaßrohr 49 ist anfänglich unbekannt, kann aber bestimmt werden, nachdem verschiedene Komponenten aus einer Probe des Kohlenwasserstoffstromes zuerst aufgelöst und dann von der Verteilungsflüssigkeit in der Chromatographiersaule 46 eluiert sind. Dies ist durch eine geeignete Auswahl der Verteilungsflüssigkeit möglich, die wahlweise bei relativ langen Intervallen in der Größenordnung der Siedepunkte der Komponenten die Probenkomponenten freimacht oder löst. Das Intervall zwischen dem Lösen aufeinanderfolgender Probenkomponenten unterscheidet eine Komponente von der anderen, sogar wenn die Siedepunkte aufeinanderfolgender Komponenten zu eng beieinander liegen, um eine unterscheidbare Trennung durch Destillation zu bewirken. Um eine wirksame Eluation der Probe nach der Injektion zu ermöglichen, wird die Chromatographiersaule 46 mit programmierter Rate erwärmt. Wenn das Trägergas aus dem Trägergaseinlaßrohr 48 das Probeninjektionsventil 47 und die Chromatographiersäule 46 verläßt, trägt es die Probenkomponenten mit sich, die durch das Probeninjektionsventil 47 - gemäß ihren entsprechenden Siedepunkten eingereiht - injiziert werden. Das Trägergas und die eingereihten Probenkomponenten fließen in den Hohlraum 40 des Detektorblockes 38 und treten aus diesem durch die Auslaßleitung 41 aus.The carrier gas ίο runs from the carrier gas inlet pipe 48 through the sample injection valve 47 into the chromatography column 46, then into a cavity 40 in a temperature controlled detector block 38 and through an outlet line 41 out. At the same time a flowing hydrocarbon stream becomes unknown quantitative composition in the inlet pipe 49 and led out through an outlet pipe 44, namely through a direct channel in the sample injection valve 47. The qualitative composition of the hydrocarbon stream in inlet pipe 49 is initially unknown, but can be determined after various components from a sample of the hydrocarbon stream first dissolved and then from the distribution liquid in the chromatography column 46 are eluted. This is possible through a suitable selection of the distribution liquid, which is optional in the case of relatively long intervals in the order of magnitude of the boiling points of the components, the sample components clears or releases. The interval between the dissolution of successive sample components distinguishes one component from the other, even if the boiling points are consecutive Components are too close together to be distinguishable by distillation separation to effect. To enable efficient elution of the sample after injection, the Chromatography column 46 heated at a programmed rate. When the carrier gas from the carrier gas inlet pipe 48 exiting the sample injection valve 47 and the chromatography column 46, it carries the sample components with them passing through the sample injection valve 47 - according to their respective boiling points lined up - to be injected. The carrier gas and the lined up sample components flow into the cavity 40 of the detector block 38 and emerge therefrom through the outlet line 41.

Zusätzlich zum Hohlraum 40 weist der Detektorblock 38 einen anderen Hohlraum 39 auf, in welchem eine Trägergasmenge durch das Rohr 45 vom Trägergaseinlaßrohr 48 eingeführt ist. Diese Trägergasmenge läuft nicht durch das Probeninjektionsventil Al und weist keine Kohlenwasserstoffstromprobenkomponenten auf. Die Trägergasmenge aus dem Rohr 4f wird als Referenzstrom verwendet und verläßt der Hohlraum 39 durch ein Auslaßrohr 42.
Die veränderbaren Widerstände 33 und 34 dei Brücke des Spannungsgebers 56 der Fig. 1 werder durch Widerstandswendeln 33' bzw. 34' in Fig. 2 ersetzt; sie sind über eine Energieleitung 62' mit dei Energiequelle 35 verbunden. Die Widerstandswende 33' ist innerhalb des Hohlraumes 39 angeordnet, unc die Widerstandswendel 34' ist innerhalb des Hohlrau mes 40 in dem Detektorblock 38 angeordnet. Dei Strom aus der Energiequelle 35, der durch die Wider Standswendeln 33' und 34' läuft, heizt die Wider Standswendeln, während das darüberstreichende Heliumträgergas eine gewisse Wärmemenge abführt, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Die Brücke 56 ist so eingestellt, daß sie bei dieser GleichgewichtsbeIn addition to the cavity 40, the detector block 38 has another cavity 39 into which a quantity of carrier gas is introduced through the pipe 45 from the carrier gas inlet pipe 48. This amount of carrier gas does not pass through the sample injection valve Al and has no hydrocarbon stream sample components. The amount of carrier gas from the tube 4f is used as a reference flow and leaves the cavity 39 through an outlet tube 42.
The variable resistors 33 and 34 of the bridge of the voltage generator 56 in FIG. 1 are replaced by resistance coils 33 'and 34' in FIG. 2; they are connected to the energy source 35 via a power line 62 '. The resistance turn 33 'is arranged within the cavity 39, unc the resistance coil 34' is arranged within the Hohlrau mes 40 in the detector block 38. The current from the energy source 35, which runs through the resistance coils 33 'and 34', heats the resistance coils, while the helium carrier gas sweeping over it dissipates a certain amount of heat until a state of equilibrium is reached. The bridge 56 is set so that it will be in this balance

409 686/15409 686/15

Chromatographieniäule 46, der periodisch die aufein anderfolgenden Komponenlen de. Probe Mg, „„,j d.e W.derslandswendel 33' befinde, sich in einem ,"i- Chromatographieniäule 46, which periodically the successive components de. Sample Mg, "", j de W.derslandswendel 33 'is located in a , "i-

nenHehumslrom. Wenn eine Probenkomponen?ea"< der Chrornatoeraphiersäule 46 eluierl wird S Z über die W.derslandswendel 34' und führ wc, S McTi £"· ^af ^eS ΐ" ""'" Heliumslrom ,ie g" s"anddeft^Vi f Ϊ' °^ki<:h8ewichl, d, der Wide ? .. sldndderWiderslandswendel34ansleiet Die EluiernenHehumslrom. If a sample component? Ea "<of the Chrornatoeraphiersäule 46 eluierl S Z over the W.derslandswendel 34 'and lead wc, S McTi £" · ^a f ^eS ΐ """'" Helium lrom, ie g " s" anddeft ^V if Ϊ '° ^{ki <: h} 8ewichl, d, the wide? .. sldndderWiderslandswendel34ansleiet Die Eluier

täl'Z ^e" ^dad? ^konstai" Behahe" daß dS ft^ ^ *"» »'« ^di* »Η* ™, T * >*" """ **">" Kompensationsspan·täl'Z ^e " ^dad ? ^konstai " Behahe "that dS ft ^ ^ *" »» '« ^di *» Η * ™, T * > * """" ** ">" compensation span ·

ΰ7_rZ'„Tf T""'' ^{Jie die im} Spannungsintegralor ,'«_erf df '^nlce™^u™^sdri"spannung «usgleicht. Bei S,,»^K°?!^kl " S»chlo_ssen_em Zweiwege-κοί ' _k, ίί ""'?,*' ^Drdwceeschal,er 9 gegen den ,. "»Beschlossen. Dies !rein, die variabfe Span-ΰ 7 _r Z '"Tf T""'' ^{Jie which in the} ^{voltage integral} ,'" _er f df 'nlc e ™ ^u ™ ^sd ri "equalizes the voltage. With S ,," ^K ° ?! ^kl "S» chlo _s sen _e m two-way κοί ' _k , ίί ""'?, * ' ^Drdwc eeschal, he 9 against the,. "" Resolved. This! Purely, the variable span

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for the analog time 1 integration of a voltage, with the one to be integrated Voltage corresponding to a voltage transmitter emitting measured variable, its reference potential in the absence of a measured variable can be set via an actuator, with an actuator actuating and controllable via an amplifier arrangement for setting the reference potential Servomotor with a voltage integrator to which the voltage to be integrated can be fed an evaluation device, which can be fixed to the reference potential, for a from the savings integrator output signal and with en. »he der With a stronger arrangement, a variable voltage source supplying variable voltage, thereby characterized in that the variable voltage of the variable voltage source (13) the drift voltage of the voltage integrator (12) is adjustable that the servomotor (23) the actuator (68) so that a resulting bias is opposite to the drift voltage and that the variable voltage source 13 can be switched off during integration.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that in parallel with the output connections (1. 2) of the voltage transmitter (56) a resistor (3) is connected.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage transmitter (56) is designed as a bridge circuit and the voltage to be integrated is a diagonal voltage the bridge circuit is.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized marked !, that the tirückcnschalt (56) is designed as a Wheatstone bridge.

5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the amplifier arrangement (50) on the output side via a two-way switch (24, 26, 67) optionally with the servomotor (23) or with another one that actuates a registration device (81) Servomotor (51) can be connected.

6. Circuit arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the amplifier arrangement (50) on the input side Via a three-way switch (9,10,11, 60) optionally with an output (52) of the voltage integrator (12) or a reference potential line (58) or the variable voltage source (13) can be connected is.

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that a reference voltage input an amplifier (53) of the amplifier arrangement (50) via a variable reference voltage source (20) is connected to the reference potential line (58) and that the further servomotor (51) coupled to the variable reference voltage source (20) to change its voltage is.

8. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the voltage integrator (12) has an amplifier (4), the input of which is via a capacitor (6) to its output (70) and via a resistor (5) to an input connection (2) of the voltage integrator (12) is connected and its input via a short-circuit sounder (8) can be connected to ground.